第1章 第3节 发酵工程为人类提供多样的生物产品（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（浙科版2019）

第三节　发酵工程为人类提供多样的生物产品 1.认识传统发酵技术，尝试制作果酒、果醋和泡菜，学会传统发酵方法。 2．阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需的产品。 3．举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。 [主干知识梳理] 一、传统发酵技术的应用 1．传统发酵技术生产的产品 (1)奶酒和粮食酒：畜乳在霉菌、酵母菌的作用下，自然发酵出酒味；发酵后的奶可以储存更长的时间，同时还具有与畜乳不同的风味。农耕社会中，人们以粮食为原料酿酒，利用酒精与水的沸点不同发展出了蒸馏取酒技术。 (2)酱油：周朝时期以肉类、鱼类为原料，生产多种多样的酱。 2．发酵食品风味不同的原因 菌种中的 微生物的 多样性 酵母菌 进行出芽生殖或裂殖的真核、单细胞微生物的统称 乳酸菌 能够发酵糖类产生乳酸的一类革兰氏阳性细菌的统称 微生物的代谢特点 ①微生物代谢产物的不同：不同微生物或同种微生物在不同环境条件下进行的代谢活动，所形成的代谢产物不同，制成的发酵食品的风味也就不同 ②微生物分泌酶的种类不同：不同的微生物、不同的菌株能够分泌的酶种类不同，分解大分子有机物后形成的产物不同 微生物的 种间关系 ①混菌发酵影响发酵食品的风味 ②菌种中不同的微生物可能互利，可能竞争，也可能存在一种排斥其他若干种微生物生长的现象 3.体验传统发酵——利用酵母菌、醋酸菌制作果酒和果醋 (1)果酒、果醋制作的菌种与原理 果酒 果醋 菌种 酵母菌 醋酸菌 原理 无氧条件下，通过厌氧呼吸将葡萄糖氧化为乙醇和二氧化碳 醋酸菌在有氧条件下将乙醇氧化为醋酸 (2)方法步骤 ①制备发酵装置及处理材料 ②果酒、果醋发酵 4．体验传统发酵——利用乳酸菌发酵制作泡菜 (1)实验原理 在无氧的条件下，蔬菜表面的微生物利用菜中的有机物进行发酵，发酵产物有乳酸，还会有醇、酯等，因而使泡菜具有特殊的风味。 (2)实验步骤 二、现代发酵工业 1．现代发酵工业的特点：大多采用好氧、液体、深层、分批及单一纯种发酵的方式组合进行。其中好氧以及用单一纯种微生物生产单一产品是现代发酵工业的主流。 2．微生物工业发酵的过程 (1)选育高产、优质的菌种：是发酵工业的前提条件。 (2)筛选并不断地选育或改良菌种：保持菌种健壮旺盛的生命力。 (3)将菌种扩大培养：缩短菌种在发酵罐中发酵的时间。 (4)对发酵过程进行控制：保证发酵生产高效顺利进行的重要措施。 (5)分离或提纯发酵产品。 (6)分离后的生物产品进一步提纯和质检。 3．发酵工业菌种需要满足的条件 项目 条件 菌种的选择 选择高产的菌种，使菌种的发酵产物中，需要的产物多，不需要的产物少 培养基的选择 培养基来源充足且廉价，被转化的效率高 发酵产物的要求 易于分离 环境的要求 菌种对环境没有明显或潜在的危害 菌种的遗传特性 菌种的遗传特性和生产能力稳定 4.控制发酵过程和分离提纯发酵产品 (1)发酵环境不同，同种微生物的代谢产物可能不同；pH、氧气、温度等会影响微生物的发酵产物。因此要严格控制发酵过程。 (2)如果发酵产品是菌体本身，可采用过滤、沉淀等方法分离菌体；如果发酵产品是微生物的代谢产物，可采用真空发酵、吸附发酵、萃取发酵等方法提取。 三、发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上的应用价值 1．微生物发酵的食品和饮料，品种多、数量大、产值高。 2．绝大多数抗生素是微生物发酵的产物，或由微生物发酵产物加工而成。 3．医药领域中的酶抑制剂、免疫调节剂、类激素、抗氧化剂、生物表面活性剂和抗辐射药物是微生物发酵的产物或衍生物。 4．有广泛用途的氨基酸、有机酸、醇、维生素、核苷酸逐步转向通过发酵工程大量生产。 [预习效果自评] 1．判断下列说法的正误 (1)代谢产物的不同会影响发酵产品的风味。(√) (2)果酒酿制好后，不需要更改装置和条件直接引入醋酸菌就可以得到果醋。(×) 提示：果酒为厌氧发酵，果醋为需氧发酵，因此由果酒生产果醋时需要通入洁净的空气和适当提高环境温度。 (3)发酵工程利用的菌种都是从自然界中筛选出来的。(×) 提示：发酵工程的菌种也可以通过诱变育种和基因工程育种获得。 (4)微生物发酵是一个复杂的过程，不同菌种代谢不存在联系。(×) 提示：发酵过程中一种微生物的代谢产物可能是另一种微生物的营养物质，因此不同菌种之间存在一定的联系。 (5)发酵工程中要对培养基进行灭菌，发酵设备不用灭菌。(×) 提示： 培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 2．发酵工程的基本步骤是(　 ) ①选育菌种　②配制培养基 　③扩大培养　④灭菌　⑤产品的分离、提纯　⑥接种　⑦发酵罐内发酵 A．②④①⑥③⑦⑤　　 B．①③②④⑥⑦⑤ C．①②④⑥③⑦⑤ D．②